ФИЗИОЛОГИЯ ЧЕЛОВЕКА, 2013, том 39, № 3, с. 5-17
УДК 612.821
БИОЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ МОЗГА ШКОЛЬНИКОВ 7-8 ЛЕТ ПРИ ЗРИТЕЛЬНОМ ВОСПРИЯТИИ ВЕРБАЛИЗУЕМЫХ И НЕВЕРБАЛИЗУЕМЫХ СТИМУЛОВ © 2013 г. Н. В. Звягина, Л. В. Соколова
Северный (Арктический) федеральный университет им. М.В. Ломоносова, Архангельск
Поступила в редакцию 29.03.2012 г.
Изучали нейрофизиологические механизмы организации зрительного восприятия вербализуемых и невербализуемых стимулов у девочек (n = 89) и мальчиков (n = 109) 7—8 лет. Показано, что при выборе вербализуемых и невербализуемых стимулов у детей данного возраста нейрофизиологические механизмы системы зрительного восприятия имеют схожую организацию функциональных перестроек и характеризуются генерализованным вовлечением областей коры и отсутствием четкой специализации полушарий мозга. Выбор невербализуемых зрительных стимулов отличается более выраженной генерализацией функционального взаимодействия областей коры мозга, увеличением мощности спектра высокочастотных составляющих ЭЭГ в передне-ассоциативных областях. Увеличение пространственной синхронизации по 9- и ß-диапазонам ЭЭГ во фронтальных областях подчеркивает вклад этих структур в анализ и обработку зрительных стимулов на данном этапе возрастного развития. Выявлены различия нейрофизиологических механизмов зрительного восприятия у мальчиков и девочек. Пространственно-временная организация биоэлектрической активности мозга при выполнении зрительных задач у девочек характеризуется более сильными и разнообразными ипси- и контрлатеральными статистическими связями во фронто-окципитальном направлении и смещением центров взаимодействия в левое полушарие. У мальчиков при восприятии вербализуемых и невербализуемых зрительных стимулов наблюдается больший вклад постцентральных областей коры мозга. Обнаруженные различия расцениваются как отражение большей зрелости механизмов опознания у девочек 7—8 лет по сравнению с мальчиками.
Ключевые слова: зрительное восприятие, нейрофизиологические механизмы, элекроэнцефалограм-ма, вербализуемые и невербализуемые стимулы, девочки, мальчики.
DOI: 10.7868/S0131164613030193
Мозговое обеспечение зрительного восприятия находит свое отражение в спектральных характеристиках и пространственно-временной структуре статистического взаимодействия показателей электроэнцефалограммы (ЭЭГ) [1—5]. Нейрофизиологические механизмы, обеспечивающие формирование познавательной деятельности, претерпевают наибольшие прогрессивные преобразования в младшем школьном возрасте [6—8]. Возраст 7—8 лет отмечают как важнейший этап качественных перестроек структурно-функциональной организации мозга. В ЭЭГ детей рассматриваемого возраста наблюдаются прогрессивные изменения, которые лежат в основе совершенствования нейрофизиологических механизмов функций ЦНС, в том числе и зрительного восприятия [6, 9—11]. Немаловажным является и момент начала систематического школьного обучения, когда большая часть информации несет вербальную нагрузку. Речь сопровождает все виды деятельности школьника и может оказывать непосредственное влияние на их
результативность. В этом плане интересным представляется исследование специфики зрительного восприятия детей данного возрастного периода с учетом вербализации стимулов.
МЕТОДИКА
Было обследовано 198 детей 7—8 лет (средний возраст 7.68 ± 0.25 лет), из которых 109 мальчиков (7.65 ± 0.25 лет) и 89 девочек (7.71 ± 0.24 лет). У обследованных детей уровень развития зрительного восприятия и функциональная зрелость коры больших полушарий головного мозга соответствовали возрастной норме. Все дети были праворуки-ми, не имели отклонений в состоянии физического и психического здоровья, а также выраженной диагностированной патологии пре- и перинатального развития. Обследования проводили с письменного согласия родителей, педагогов и устного согласия самих детей.
ЭЭГ регистрировали на 24-канальном компьютерном элекгроэнцефалографе с полосой пропускания — 0.5—30 Гц. Применяли 20 монополярных отведений. 16 из них располагали симметрично в соответствии с международной схемой 10—20 в префронтальных (/ръ /р2), задних нижне-лобных (/7, /8), фронтальных (/3, F4), центральных (С3, С4), теменных (Р3, Р4), затылочных (О1, О2), средне-височных (Т3, Т4), задне-височных (Т5, Т6) областях полушарий. Для более детального анализа роли височных и задне-ассоциативных областей мозга в изучаемой функции дополнительно устанавливали четыре электрода: передне-височные (Т1, Т2) и нижне-теменные (Р5, Р6). В качестве референтного использовали объединенные электроды на мочках ушей. ЭЭГ регистрировали непрерывно в состоянии спокойного бодрствования при открытых глазах (фон) и при выполнении зрительных задач.
Для выявления особенностей системной организации головного мозга при зрительном восприятии вербализуемых или невербализуемых изображений участники исследования производили выбор картинки, схожей с эталоном (рис. 1). На мониторе компьютера обследуемым предъявляли 6 изображений различной вербальной направленности (вербализуемой или невербализуемой), в верхнем левом углу находился образец, выделенный в рамку. Необходимо было выбрать и назвать вслух номер точной копии образца среди остальных 5 рисунков, отличающихся различными деталями. Время экспозиции каждого задания соответствовало периоду решения зрительной задачи обследуемым и было индивидуальным. Количество предъявлений вербализуемых и невербализуемых изображений составляло от 30 с и более с интервалом 10—30 с. Все действия детей (устные ответы, процесс обдумывания задания) четко фиксировались на ЭЭГ с помощью специальных маркеров. В математической обработке использовались безар-
тефактные участки ЭЭГ длительностью до 300 с, соответствующие исследуемым функциональным состояниям с правильным выполнением зрительных заданий.
В результате анализа ЭЭГ изучаемых состояний определяли значения спектров мощности (СМ) по основным частотным диапазонам — 0, а (делился на поддиапазоны: а1 = 7.5—9.4 Гц; а2 = 9.5—10.6 Гц; а3 = 10.7—12.6 Гц), р — с использованием быстрого преобразования Фурье. В ЭЭГ всего обследования каждые 4 с ("эпоха анализа") вычисляли матрицы (размерностью 20 х 20) коэффициентов корреляции (КК) между ЭЭГ от всех отведений попарно. С целью выявления статистически однородных участков ЭЭГ в пределах исследуемого состояния с помощью иерархического кластерного анализа проводилось сопоставление статистического сходства матриц корреляции ЭЭГ, соответствующих всем отдельным 4-секундным эпохам анализа в исследуемом состоянии. Из дальнейшего статистического анализа исключались те матрицы КК ЭЭГ, которые по статистическим характеристикам отличались от других. Для каждой эпохи анализа также вычисляли матрицы когерентности ЭЭГ (Ког) (размерностью 20 х 20) в основных частотных диапазонах. Таким образом, для каждой из последовательных эпох анализа ЭЭГ вычисляли 4 матрицы: одну матрицу корреляций и 3 матрицы Ког ЭЭГ. По этим алгоритмам в отдельной ЭЭГ исследуемых состояний (как в фоне, так и при тестовых заданиях) производили обработку от 30 до 60 эпох анализа, не содержащих артефактов. Поэлементные значения зарегистрированных корреляционных и когерентных матриц многоканальной ЭЭГ подвергали усреднению как в пределах изучаемых функциональных состояний, так и по группе обследуемых, с вычислением средних значений и дисперсии КК и Ког ЭЭГ. При всех операциях с
коэффициентами корреляции и когерентности применяли ^-преобразование Фишера.
Для оценки изменений дистантных связей ЭЭГ, происходящих при выполнении тестовых заданий, производили операции вычитания из числовых значений каждой ячейки в средних матрицах КК и Ког ЭЭГ, соответствующих тестовым заданиям, поэлементные значения в матрицах КК и Ког ЭЭГ, усредненных в пределах фонового состояния спокойного бодрствования с открытыми глазами. Таким образом, формировали разностные матрицы КК и Ког ЭЭГ, элементы которых отражали изменения пространственной организации ЭЭГ, выявляющиеся при различных заданиях. В каждой ячейке разностных матриц оценивали достоверность изменений КК и Ког ЭЭГ, характерных для тестовых заданий, по t-критерию Стьюдента (при р < 0.05) по отношению к соответствующим значениям КК и Ког ЭЭГ в фоновом состоянии. По статистически достоверным значениям различий КК и Ког ЭЭГ в фоновом и тестируемом состояниях строили схемы изменений межрегиональных связей [5, 12].
Статистический анализ результатов исследования проводили с применением набора компьютерных программ SPSS 14.5 для Windows [13]. В статистическую обработку результатов входил анализ распределения признаков и их числовых характеристик (средних величин, ошибки средней, стандартных отклонений). Оценку достоверности различий проводили для изменений СМ, КК и Ког при решении вербализуемых и невербализуемых зрительных задач относительно фона внутри и между возрастно-половыми группами. Для проверки на нормальность распределения выборок использовали критерий Колмогорова-Смирнова. Оценка достоверности различий проводилась с использованием параметрического метода t-кри-терия Стьюдента. Различия считались статистически значимыми при величине вероятности ошибочного принятия нулевой гипотезы о равенстве генеральных средних (p < 0.05).
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Любая познавательная деятельность различной степени сложности определяется особенностями функционального состояния человека в данный момент времени. Важным в реализации психофизиологических функций человека является состояние спокойного бодрствования. Существует ряд доказательств, демонстрирующих, что функциональная организация коры больших полушарий головного мозга зависит не только от особенностей окружающих условий или определенных познавательных задач, но и от устойчивых характеристик, отражающих свойственные индивидууму особенности, которые определяют состояние ос-
новных структур головного мозга, обеспечивающих спокойное бодрствование [14—19].
Некоторое представление об особенностях биоэлектрической активности (БЭА) головного мозга в состоянии покоя и в процессе деятельности можно получить при анализе спект
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.